Karbonhidratların vücuda
alınmaları ve kullanılmaları
Karbonhidratlar günlük diyetin büyük bir kısmını oluştururlar
Günde yaklaşık 300 g karbonhidrat alınır ki bunun büyük bir bölümünü nişasta (160 g) ve sakkaroz (120 g) oluşturmaktadır
Ayrıca bir miktar laktoz (30 g) ve glukoz ile fruktoz (10 g) da alınır
Diyette bulunan polisakkaritler ve disakkaritlerdeki glikozidik bağları,
sindirim kanalında özel glikozidazlarla parçalanır ve böylece
karbonhidratlar sindirilirler
Karbonhidratların sindiriminde etkili olan enzimler, karbonhidratlardaki ve -glikozidik bağlarına ve şeker sayısına özeldirler
Nişasta ve glikojen tükürükteki
-amilaz etkisiyle ağızda enzimatik olarak parçalanmaya başlartükürük
-amilazı, amilopektin ve amilozdaki(1→4) glikozid bağlarını rastgele parçalayarak küçük moleküllü dekstrinlerin oluşumunu katalizler.
-amilaz, polisakkaritlerdeki iç bağları hidrolizler
Besin maddeleri mideye geldiğinde, midenin asit pH’ında karbonhidrat sindirimi durur
Besin maddeleri mideden duodenuma geçtiğinde, karbonhidrat sindirimi, bikarbonat (HCO3−) ve
pankreas -amilazı içeren pankreas özsuyunun
(Pankreas özsuyu, duodenuma günde 1,5 litre kadar salgılanmaktadır.) etkisi ile devam eder
Pankreas
-amilazı, polisakkaritlerdeki (1→4) glikozid bağlarını hidrolize eder ve sonuçta maltoz, izomaltoz ve 3-8 glukozil kalıntısı içeren limitdekstrinler oluşur
Limit dekstrinlerdeki (1→6) glikozid bağlarının
hidrolizi, ince bağırsak epitel hücrelerinin salgısı olan ince bağırsak salgısında bulunan ince bağırsak 1,6- glikozidazı etkisiyle olur
limit dekstrinlerdeki dallı durumun ortadan kalkması ve -amilazın tamamlayıcı rolüyle en sonunda
trisakkaritler ve disakkaritler oluşur ki genellikle oluşan maltoz ve izomaltoz disakkaritleridir
Disakkaritler, ince bağırsak epitel hücresi zarında
yerleşik uygun disakkaridazlar tarafından tutulurlar;
geçiş sırasında hidrolizlenerek monosakkaritlere ayrılırlar ve böylece oluşan monosakkaritler ince
bağırsak epitel hücresi içine ve oradan kana geçerler Maltaz, izomaltaz, sakkaraz ve laktaz, ince bağırsak epitel hücrelerinin fırçamsı kenarında yerleşmiş
olarak bulunan enzimlerdir
İnce bağırsak lümeni içindeki glukoz ve galaktoz aktif transportla, fruktoz ise kolaylaştırılmış diffüzyonla ince bağırsak epitel hücresi içine alınırlar ve oradan kana geçerler
İnce bağırsaktan emilen monosakkaritlerin 2/3’ü vena porta yoluyla karaciğere gelir; 1/3’ü ise bağırsak
lenfatikleri ve duktus torasikus yoluyla genel dolaşıma katılırlar
Kan şekeri deyince sıklıkla kan glukoz düzeyi anlaşılır
vücutta bazı olaylar kan glukoz düzeyini düşürücü yönde etkili olurken bazı olaylar kan glukoz düzeyini yükseltici yönde etkili olur ve bu olaylar arasındaki denge ile kan glukoz düzeyi ayarlanmaktadır
Kan glukoz düzeyini düşürücü yönde etkili olan, glukozun kullanılmasıyla ilgili olaylar şunlardır
1) Glikoliz; glukozun anaerobik koşullarda yıkılımı
2) Glukozun indirekt oksidasyonu; glukozun aerobik koşullarda glikoliz ve sitrik asit döngüsüyle yıkılımı
3) Glukozun direkt oksidasyonu; glukozun pentoz fosfat yolunda yıkılımı 4) Glukozun glukuronik asit yolunda yıkılımı
5) Liponeojenez; glukozun yağ asitlerine ve yağa dönüşümü
6) Glukozdan diğer monosakkaritlerin ve kompleks karbonhidratların oluşumu
7) Glikojenez; glukozun glikojene dönüşümü
Kan glukoz düzeyinin böbrek eşiği olan %160-180 mg’ı aştığı durumlarda idrarla glukoz atılımı (glukozüri) de kan glukoz düzeyini düşürücü yönde etkili olur ki diyabet tanısında önemlidir
Kan glukoz düzeyini yükseltici yönde etkili olan, kana glukoz sağlanmasıyla ilgili olaylar şunlardır
1) Diyetle karbonhidrat alınması
2) Glikojenoliz; glikojenin parçalanması
3) Glukoneojenez; karbonhidrat olmayan maddelerden glukoz yapılması
Glikoliz, glukozun anaerobik koşullarda pirüvat üzerinden laktata dönüştüğü reaksiyonlar dizisi olarak tanımlanır. Esasen glukozdan pirüvat oluşuncaya kadarki reaksiyonlar anaerobik koşullarda ve aerobik koşullarda aynıdır
Sitrik asit döngüsü [trikarboksilik asit döngüsü (TCA döngüsü), Krebs döngüsü olarak da bilinir], hücresel solunumda karbonhidrat, yağ ve protein katabolizmasının ortak son ürünü olan asetil-CoA’nın asetil gruplarının oksitlendiği döngüsel olaylar dizisidir
Pentoz fosfat yolu, fosfoglukonat yolu veya heksoz monofosfat yolu olarak da bilinir. Pentoz fosfat yolundaki reaksiyonlar, oksidatif reaksiyonlar ve oksidatif olmayan reaksiyonlar olmak üzere iki bölüme ayrılmaktadır
Pentoz fosfat yolunun oksidatif reaksiyonlarında NADPH ve riboz-5-fosfat üretilir
Pentoz fosfat yolunun oksidatif olmayan reaksiyonlarında pentoz fosfat, riboz-5-fosfattan daha çok özellikle NADPH’ın gerekli olduğu dokularda, bir seri reaksiyon sonucunda tekrar glukoz-6-fosfat haline dönüşür ve pentoz fosfat yoluna girer
Glukoz metabolizmasında glukuronik aside giden yol, glukoz-1-fosfat ile başlar ki glukoz-6-fosfat, fosfoglukomutaz enzimi etkisiyle glukoz-1-fosfata dönüştürülür. Glukoz-1-fosfat, öncelikle UTP yardımıyla UDP-glukoza dönüşmektedir. Daha sonra UDP-glukozun glukoz kısmı dehidrojenlenerek UDP- glukuronat oluşur; UDP-glukuronat da çeşitli yollarda kullanılır
Glukozdan yağ asitlerinin oluşması, glukozdan
pirüvik asit üzerinden oluşan asetil-KoA’ların kondensasyonu sonucu gerçekleşir. Aktif yağ asitleri de gliserolle kondensasyona
uğrayarak trigliseridleri ve fosfolipidleri
oluştururlar
Glukozdan diğer monosakkaritlerin ve kompleks
karbonhidratların biyosentezinde de başlangıç maddesi glukoz-6-fosfattır
Glukoz-6-fosfat, spesifik bir izomeraz tarafından fruktoz-6- fosfata, bu da mannoz-6-fosfata dönüştürülür
Glukoz-6-fosfat spesifik bir mutaz etkisiyle glukoz-1-fosfata dönüştükten sonra glukuronik asit yoluna girer ve bu yolda oluşan UDP-glukoz, spesifik bir 4-epimeraz vasıtasıyla UDP- galaktoz haline dönüşür
Laktasyon döneminde meme bezlerinde laktoz sentaz aktivitesiyle laktoz oluşur ki reaksiyon, UDP-galaktozdaki galaktozil grubunun glukoza transferi şeklinde gerçekleşir
Glikojen sentezi (glikojenez) için başlangıç noktası glukoz-6-fosfattır. Glikojen sentezini başlatmak için glukoz-6-fosfat, fosfoglukomutaz vasıtasıyla glukoz-1- fosfat haline dönüştürülür
Glikojen sentezi, gerçekte bütün hayvansal dokularda meydana gelir; fakat özellikle karaciğerde ve iskelet kaslarında önemlidir Karaciğerdeki glikojen, glukoz yedeği olarak görev görür; gerektiğinde diğer dokular için kan glukozu haline dönüşür
Kaslardaki glikojen kas kontraksiyonu için ATP sağlamak üzere glikoliz yoluyla yıkılır
Glikojenoliz (glikojenden glukozun açığa çıkışı olayı), diyetle alınan glukozun yeterli olmadığı durumlarda kana glukoz sağlayan bir olaydır.
Bir hidroliz olayı değil bir fosforoliz olayı şeklinde gerçekleşir
Glukoneojenez, karbonhidrat olmayan
prekürsörlerden hücre içinde glukoz biyosentezidir.
Karaciğer glikojeni ancak 10-18 saatlik açlıkta gerekli olan glukozu sağlar; daha uzun süreli açlıkta
karaciğer glikojeni tükendiğinden glukozun
karbonhidrat olmayan maddelerden sentezlenmesi gerekir
Aşırı kas aktivitesi sırasında iskelet kası, enerji kaynağı olarak glikojeni glikoliz yoluyla kullanır
Kasta oluşan laktatın bir kısmı, karaciğere transport edilir ve glukoz oluşturmak için kullanılır. Karaciğerde oluşan glukoz da kana geçerek glikojen depolarını tamamlamak üzere kasa döner. Bu
glukoz→laktat→glukoz yolu, Cori döngüsü olarak bilinen döngüyü meydana getirir
Kan glukozunun kas tarafından alınıp burada glikoliz yoluyla yıkılması, oluşan pirüvatın alanine dönüşmesi, alaninin kastan kana verilip kandan da karaciğer
tarafından tutularak pirüvat üzerinden glukoneojenez yolunda glukoza dönüştürülmesi ve oluşan glukozun karaciğerden kana verilmesi şeklinde süren döngü, glukoz-alanin döngüsü olarak tanımlanır
Karbonhidrat metabolizmasının merkezinde bulunan ve diyetteki şekerlerin en önemlisi glukozdur
Diyette bulunan diğer şekerler, glukoz metabolizmasının ara ürünlerine çevrilerek metabolize olmaktadırlar
Proteoglikanlar, gangliozidler ve diğer karbonhidrat içeren bileşiklerin sentezi için glukozdan farklı bir
karbonhidrat gerektiğinde bu karbonhidrat glukozdan sentezlenir
Fruktozun karaciğerde fruktoliz yolu denen bir yolda metabolizmasında birinci basamak, fruktokinaz
etkisiyle fruktoz-1-fosfata çevrilmesidir; karaciğerde bulunan bir enzim olan fruktokinaz, fruktozun
fruktoz-1-fosfat haline fosforillenmesini katalizler.
Daha sonra fruktoz-1-fosfat, fruktoz-1-fosfat aldolaz (aldolaz B) etkisiyle gliseraldehit ve dihidroksiaseton fosfata yıkılır
Karaciğer dışı dokularda fruktoz, çok yavaş olarak
metabolize olabilir. D-fruktoz, bir grup heksoz üzerine etki eden heksokinaz vasıtasıyla fruktoz-6-fosfat
haline fosforillenebilir
Fruktoz-6-fosfat, glikoliz yoluna veya glukoneojenez yoluna girerek değerlendirilir
Fruktoz-6-fosfat, aynı zamanda
glikozaminoglikanların, glikoproteinlerin, glikolipidlerin ve bazı oligosakkaritlerle bazı
antibiyotiklerin yapı taşı olan N-asetilglukozamin, N- asetilgalaktozamin, N-asetil nöraminik asit (NANA, sialik asit) amino şekerlerinin de ön maddesidir
Galaktoz, karaciğerde hızla metabolize olur;
metabolize edilmek için önce ATP ve galaktokinaz vasıtasıyla galaktoz-1-fosfat haline fosforillenir. Daha sonra galaktoz-1-fosfat, C-4’de epimeri olan glukoz-1- fosfat haline dönüştürülür ki bu reaksiyonda heksoz gruplarının koenzim benzeri taşıyıcısı olarak üridin difosfat (UDP) fonksiyon görür ve etkili enzim UDP- glukoz:galaktoz-1-fosfat üridiltransferazdır
Mannoz, metabolize edilmek için, heksokinaz
vasıtasıyla C-6’da fosforillenerek mannoz-6-fosfata dönüştürülür. Daha sonra mannoz-6-fosfat,
fosfomannoz izomeraz etkisiyle fruktoz-6-fosfata izomerize edilir; fruktoz-6-fosfat da glikoliz veya glukoneojenez yolunda değerlendirilir
Sağlıklı erişkin insanlarda 8-12 saatlik açlıktan sonra kan glukozu yaklaşık 60-100 mg/dL (5 mM)’dir. Yüksek karbonhidratlı bir yemekten sonra kan glukozu yükselir ve yemekten sonraki 30 dakika ile 1 saat arasında 120-140 mg/dL (8 mM) düzeyine ulaşır. Daha sonra kan glukoz
konsantrasyonu düşmeye başlar ve yemekten yaklaşık iki saat sonra açlık düzeyine döner
Sağlıklı kişilerde yüksek
karbonhidratlı yemekten sonra kan glukoz ve insülin düzeyleri artar, glukagon düzeyi ise düşer
Yüksek proteinli yemekten sonra ise kan glukoz düzeyi değişmezken insülin ve glukagon salıverilişi artar ve protein sentezi uyarılır
24 saatlik periyotta normal karışık beslenme
durumunda kan glukoz, insülin ve glukagon düzeyleri dalgalanma gösterir
İnsülin, karaciğerde glikojen yıkılımını (glikojenoliz) inhibe eder; glikojen sentezini ve VLDL sentezini ise uyarır
İnsülin, beslenme durumunda, istirahat halindeki kasta glukozun hücre içine girişini ve glikojen sentezini
uyarır; yağ dokuda ise glukozun hücre içine girişini ve triaçilgliserol oluşumunu uyarır
Dört saatten uzun süren açlıkta insülin salımı azalır.
Büyüme hormonu, glukokortikoidler ve glukagonun oransal artışı nedeniyle glukoz düzeyi yükselir. Ayrıca lipolizin hızlanmasıyla kandaki serbest yağ asitleri artar ve bunlar glukozun kas hücreleri tarafından alınımını azaltırlar. Sonuçta glukoz santral sinir sistemi için
saklanır
Vücutta farklı hücrelerde glukozun transportunda rol oynayan taşıyıcılar bulunmaktadır. Bu taşıyıcılar,
hücrenin plazma membranında bulunur ve GLUT 1’den GLUT 7’ye kadar numaralandırılmışlardır
GLUT-4, adipoz doku, iskelet kasları ve kalpte bulunur;
insülin'le uyarılan glukoz alınıp tutuluşunu sağlar
8-12 saatlik açlıktan sonra serum glukoz düzeyinin
%110 mg’dan yüksek olması durumu hiperglisemi olarak tanımlanır
Hiperglisemi, kana glukoz sağlanmasında artış veya kan glukozunun kullanılmasında azalma ile ilgilidir
Hipergliseminin görüldüğü çeşitli patolojik durumlar şunlardır
1) Bazı hormonal bozukluklar: Diabetes mellitus, akut pankreatit, pankreas kisti, pankreas kanseri, hemokromatoz gibi insülinin azaldığı haller veya hipertiroidi,
gigantizm ve akromegali, Cushing hastalığı ve sendromu, feokromasitoma gibi insülin antagonisti hormonların arttığı haller
2) Akut miyokard enfarktüsü: Stres nedeniyle adrenalin deşarjına bağlı
3) Santral sinir sisteminde travma, tümör ve ansefalitler: Hipotalamık uyarı ile adrenalin salıverilişinin artışına bağlı
4) Operasyon: 4-12 saat sonra hepatik glikojenolizin uyarılmasına bağlı
5) Hamilelik: Östrojen, büyüme hormonu ve kortizol salıverilişinin artışı ile glukozun emiliminin artmasına bağlı
6) Karaciğer hastalıkları: Kronik hepatitte glukozun, glikojen molekülüne bağlanamaması ile ilgili
7) İntravasküler glukoz veya intramüsküler ACTH uygulama: Doğrudan kana glukoz sağlanması, ACTH ile salıverilişi uyarılan glukokortikoidlerin periferik dokularda
glukoz alınımını ve glikolizi azaltmaları ile ilgili
Serum glukoz düzeyinin %40 mg’dan düşük olması durumu hipoglisemi olarak tanımlanır. Hipoglisemi, santral sinir sistemini etkilediğinden tehlikelidir
Hipoglisemide temel neden, kana glukoz
sağlanmasının azalması veya kan glukozunun
kullanımının artmasıdır. 12 saatlik açlıktan sonra saptanan hipoglisemi açlık hipoglisemisi olarak
tanımlanır. Beslenmeden sonraki 2-6 saatlik zaman diliminde saptanan hipoglisemi ise postprandial
hipoglisemi olarak tanımlanır. Ayrıca çocukluk dönemi hipoglisemileri de tanımlanmıştır
Açlık hipoglisemileri, nedenlerine bağlı olarak çeşitli sınıflara ayrılabilir
-insülin veya bazı ilaçların kullanılmasıyla ilgili açlık hipoglisemisi
-insülin düzeyi artışı veya insülin antagonisti hormonların eksikliği ile ilgili açlık hipoglisemisi
-Von Gierke hastalığında glukoz-6-fosfataz eksikliğine bağlı açlık hipoglisemisi
-glikojen sentetaz eksikliğine bağlı açlık hipoglisemisi -glukoneojenezde görevli enzimlerin eksikliklerine bağlı açlık hipoglisemileri
Postprandial hipoglisemiler, nedenlerine bağlı olarak çeşitli sınıflara ayrılabilir
-besinsel hipoglisemi (alimenter hipoglisemi)
-nörojenik hipoglisemi (fonksiyonel hipoglisemi) -reaktif hipoglisemiler
-alkol alımına bağlı hipoglisemi
-genellikle beslenmeden 2-5 saat sonra ortaya çıkan idyopatik hipoglisemiler
Besinsel hipoglisemi (alimenter hipoglisemi), Beslenmeden sonraki erken dönemde veya geç dönemde gelişebilir.
Erken dönem besinsel hipoglisemi, glukoz emiliminde rol oynayan büyüme hormonu, glukokortikoidler ve tiroid hormonları gibi hormonların aşırı salımına bağlı olarak beslenmeden 2-3 saat sonra ortaya çıkar
Geç dönem besinsel hipoglisemi, gecikmiş fakat
abartılı insülin cevabı nedeniyle beslenmeden 3-5 saat sonra gelişir, latent diyabeti belirtir
Nörojenik hipoglisemi (fonksiyonel hipoglisemi):
Genellikle obez kişilerde vagal uyarılarla erken ve yüksek bir insülin salıverilişi sonucu gelişir
Reaktif hipoglisemiler: Lösin, galaktoz ve fruktoza karşı oluşurlar
Lösin, hepatik glikojenolizi azaltarak veya insülin salımını uyararak alınımından 30-60 dakika sonra hipoglisemiye neden olabilir. Bu durum, doğumdan sonraki ilk 6 ay içinde gözlenir ve 6 yaşından sonra düzelir
Herediter galaktoz-fruktoz intoleransında bazı enzim eksiklikleri nedeniyle galaktoz ve fruktoz yıkılımlarının olamayışına bağlı olarak galaktoz-1-fosfat ve fruktoz-1- fosfat birikir. Galaktoz-1-fosfatın glukoz-6-fosfatazı
inhibe etmesi ve fruktoz-1-fosfatın fosforilazları inhibe etmesi sonucu hipoglisemi gelişir
Alkol alımına bağlı hipoglisemi: Alkol, alınışından 2-10 saat sonra glukoneojenezi azaltır ve hipoglisemi
oluşturur
Alkol, glukozun hücrelerini stimüle edişini
potansiyalize eder ve bu nedenle glukoz ile birlikte alındığında toklukta hipoglisemi gelişmesine neden olabilir
Çocukluk dönemi hipoglisemileri, görüldüğü dönemler göre çeşitli olabilir
-neonatal dönem hipoglisemileri
-erken bebeklik dönemi hipoglisemileri -bebeklik dönemi hipoglisemileri
Neonatal dönem hipoglisemileri: Pankreas ağırlığının vücut ağırlığına göre erişkinlerdekinden 4 kat fazla
olmasına bağlı oransal insülin fazlalığı ve glikojen
depolarının yetersizliği nedeniyle neonatal dönemde gelişir
Diyabetli anneden doğan bebeklerde doğumdan sonra fazla glukoz desteği ortadan kalktığından oransal
insülin fazlalığı olur ve hipoglisemi gelişebilir
İntrauterin malabsorpsiyonlu bebeklerde ve ikizlerden küçük olanda glikojen depolarının yetersizliği
nedeniyle hipoglisemi gelişebilir
Erken bebeklik dönemi hipoglisemileri: Von Gierke hastalığında açlıkta, herediter fruktoz intoleransında sakkaroz alımından 30-60 dakika sonra, galaktozemide süt alımından 30-60 dakika sonra gelişir
Bebeklik dönemi hipoglisemileri: Lösin duyarlılığında lösin alımından 30-60 dakika sonra gelişir